CN110927479A - 一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，包括以下步骤：(1)抽取批量生产的充电桩整机，安装于湿热环境下的自然曝露试验场中进行静态自然曝晒试验；(2)对在静态自然曝晒试验过程中的充电桩分别进行耐候性失效评价、模块运行评价和恶劣工况评价，得到耐候性失效评价评分、模块运行评价评分和恶劣工况评价评分，结合耐候性失效评价、模块运行评价、恶劣工况评价的各自权重，计算充电桩整机的湿热环境适应性综合评分，完成对充电桩整机的湿热环境适应性评价，根据综合评分为充电桩进行改进或使用提供基础数据。本发明利用自然曝晒试验，考虑充电桩实际应用过程的影响因素，实现对充电桩整机湿热环境适应性的量化评价。
Description
技术领域
本发明属于产品质量检测技术领域，涉及一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法。
背景技术
为应对全球石油资源短缺及城市大气污染问题，世界各国汽车产业发展的重点逐渐从传统汽车工业转向新能源汽车领域。新能源汽车技术的发展与应用，带动了新能源汽车配套产业的发展。近年来，充电桩作为电动汽车充电的基础配套设施，随着新能源汽车产业的发展，得到快速发展。2017年中国继续保持充电桩建设运营数量全球第一的地位，充电桩为中国新能源汽车引领世界新能源汽车潮流提供了重要支撑。然而，与充电桩快速发展不相适应的是，充电桩在各种环境下使用时，特别是户外恶劣环境条件作用时，充电桩容易发生线圈老化、电子元器件腐蚀、外壳IP防护等级下降、充电桩使用功能缺失等多种环境失效问题，从而导致各种安全可靠性问题逐步凸显，严重时还会引起火灾、对人身安全造成威胁，引发重大安全事故。充电桩产品的环境适应性问题已经成为充电桩产业发展的一个关键问题。
相对于北方暖温型等气候，充电桩在湿热气候下户外长期服役更容易发生各种环境失效问题。我国南方大部分地区属于湿热、亚湿热气候，充电桩各部件在潮湿、温暖的环境下更容易老化腐蚀失效，影响使用寿命和安全，因此必须进行针对性的设计。同时，其是否满足使用要求、设计寿命要求及安全要求，还需要有专门的试验方法进行检测评价。现有技术中，只在实验室中对充电桩的各种性能进行相关测试，这种测试环境与充电桩实际所处环境条件差异较大，使得检测结果不理想，无法准确体现充电桩在实际应用环境中的性能。
为此，有必要提供一种在实际应用环境中对充电桩进行湿热环境适应性的量化评价方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，解决现有技术无法对充电桩整机在实际应用环境中的湿热环境适应性进行准确评价的问题。
本发明上述目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，包括如下步骤：
(1)抽取批量生产的充电桩整机，安装于湿热环境下的自然曝露试验场中进行静态自然曝晒试验；
(2)对在静态自然曝晒试验过程中的充电桩分别进行耐候性失效评价、模块运行评价和恶劣工况评价，得到耐候性失效评价评分、模块运行评价评分和恶劣工况评价评分，结合耐候性失效评价、模块运行评价、恶劣工况评价的各自权重，计算充电桩整机的湿热环境适应性综合评分，完成对充电桩整机的湿热环境适应性评价，根据综合评分为充电桩进行改进或使用提供基础数据。
本发明中，所述试验场为水泥地面，场地排水良好，周围遮蔽物离充电桩的距离不小于遮蔽物自身高度的3倍。
本发明中，静态自然曝晒试验是将充电桩整机安装在试验场中通电运行，每周使用充电桩为新能源汽车充电2～3次，并检查充电桩操作功能。
本发明中，耐候性失效评价是通过充电桩耐候性失效指标的等级分值、失效数量和失效权重对充电桩耐气候老化腐蚀的环境适应性进行量化评价。进一步地，耐候性失效评价评分(F)通过以下公式计算：
其中Fi为耐候性失效指标的等级分值，δfi为耐候性失效指标的失效权重，nfi为耐候性失效指标的失效数量。
进一步地，所述耐候性失效指标包括外观、功能及安全。
优选地，失效权重为外观失效0.3、功能失效0.3、安全失效0.4；外观失效划分为严重、明显、轻微三个等级，等级分值分别定为20、5、0.1；功能失效划分为严重、明显两个等级，等级分值分别定为50、20；安全失效仅有严重一个等级，等级分值定为100。
进一步地，外观失效包括非金属部件及材料的开裂、粉化、变形、变色等老化失效现象，金属部件及金属涂层部件的腐蚀生锈。
功能失效包括充电桩自检功能、人机交互功能、新能源汽车充电功能失效。
安全失效包括充电桩绝缘失效、漏电、接地失效。
本发明中，模块运行评价是利用充电桩监控系统对充电桩模块运行状况进行监测，基于充电桩运行过程中模块的异常次数、时间参数及校正系数对充电桩模块运行的环境适应性进行量化评价。
进一步地，模块运行评价评分(M)通过以下公式计算：
其中B为校正系数，范围为2.0～2.5；T为试验总时间，Ti为第i次故障出现的时间，Mi为第i次故障出现的次数。校正系数的值，故障越多，出现时间越早，系数越大。
进一步地，所述充电桩模块包括功率模块、控制单元、计量单元、计费通信单元、充电接口、本体等运行模块，评价指标包括输入电压偏差、输入电流、模块输出电压、模块输出电流偏差、模块温度、模块故障次数、整流柜温度、整流柜湿度、均流不平衡度β、使用年限、交流接触器故障次数、输出电压、输出电流、TCU故障次数、充电枪温度、充电枪故障次数、急停开关故障次数、读卡器故障次数、风扇故障次数、避雷器故障次数、门控开关故障次数。
本发明中，恶劣工况评价是通过充电桩恶劣工况失效的恶劣工况失效指标的等级分值、失效权重和失效数量对充电桩应对恶劣工况的环境适应性进行量化评价。
进一步地，恶劣工况评价评分(E)通过以下公式计算：
其中Ei为恶劣工况失效指标的等级分值，δei为恶劣工况失效指标的失效权重，nei为恶劣工况失效指标的失效数量。
进一步地，所述恶劣工况失效指标包括恶劣天气、温湿度异常、电气参数异常。
优选地，失效权重为恶劣天气0.3、温湿度异常0.3、电气参数异常0.4。
恶劣工况评价包括恶劣天气评价、温湿度异常评价和电气参数异常评价。
进一步地，恶劣天气评价是基于恶劣天气出现的次数、持续时间及恶劣天气等级分值量化评价，其中，恶劣天气等级分值分别为2、2、3、1、2，分别对应台风、暴雨、雷暴、沙暴、冰雹等恶劣天气；恶劣天气失效数量为恶劣天气的累计持续时间，以天为单位计。
温湿度异常评价是基于温湿度异常出现次数、持续时间及温湿度异常等级分值进行评价，其中，温湿度异常等级分值为2分，温湿度异常失效数量是温湿度异常的累计持续时间，以天为单位计。
电气参数异常评价是基于电气参数异常发生的次数和电气参数异常等级分值进行评价，其中，电气参数异常等级分值为10分，电气参数异常失效数量是异常发生的次数。
本发明中，充电桩整机的湿热环境适应性综合评分(G)通过以下公式计算：
G＝δ1F+δ2M+δ3E
其中δi(i为1、2、3)为各个指标的权重，F为耐候性失效评价评分，M为模块运行评价评分，E为恶劣工况评价评分，当F、M、E中任一项为负值时，则该项评价评分为0。
优选地，δ1、δ2、δ3分别为0.1、0.6、0.3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，利用自然曝晒试验评估充电桩的湿热环境适应性，对耐候性失效、模块运行、和恶劣工况分别进行评价，综合考虑了充电桩实际应用过程中的影响因素，通过充电桩整机的湿热环境适应性综合评分来量化充电桩整机的湿热环境适应性，相较于现有技术，评价结果更准确。
(2)本发明方法操作简单，结果科学，可量化，对充电桩产品户外实证、寿命预测、耐候性评价以及湿热环境服役可靠性和安全性研究具有重要意义。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
实施例1
一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，包括如下步骤：
(1)某全新充电桩1台，安装于我国海南省琼海市湿热环境开展试验，试验场为水泥地面，自然曝露，场地排水良好，周围遮蔽物离充电桩的距离不小于遮蔽物自身高度的3倍。充电桩整机安装在试验场中通电运行，每周使用充电桩为新能源汽车充电2～3次，并检查充电桩操作功能。
(2)对在静态自然曝晒试验过程中的充电桩分别进行耐候性失效评价、模块运行评价和恶劣工况评价，得到耐候性失效评价评分、模块运行评价评分和恶劣工况评价评分。具体操作步骤如下：
a、耐候性失效评价是通过充电桩耐候性失效指标的等级分值、失效数量和失效权重对充电桩耐气候老化腐蚀的环境适应性进行量化评价。耐候性失效评价评分(F)通过以下公式计算：
其中Fi为耐候性失效指标的等级分值，δfi为耐候性失效指标的失效权重，nfi为耐候性失效指标的失效数量。
本实施例中，耐候性失效指标包括外观、功能及安全。失效权重为外观失效0.3、功能失效0.3、安全失效0.4；外观失效划分为严重、明显、轻微三个等级，等级分值分别定为20、5、0.1；功能失效划分为严重、明显两个等级，等级分值分别定为50、20；安全失效仅有严重一个等级，等级分值定为100。外观失效包括非金属部件及材料的开裂、粉化、变形、变色等老化失效现象，金属部件及金属涂层部件的腐蚀生锈。功能失效包括充电桩自检功能、人机交互功能、新能源汽车充电功能失效。安全失效包括充电桩绝缘失效、漏电、接地失效。
b、模块运行评价是利用充电桩监控系统对充电桩模块运行状况进行监测，基于充电桩运行过程中模块的异常次数、时间参数及校正系数对充电桩模块运行的环境适应性进行量化评价。模块运行评价评分(M)通过以下公式计算：
其中B为校正系数，范围为2.0～2.5；T为试验总时间，Ti为第i次故障出现的时间，Mi为第i次故障出现的次数。校正系数的值，故障越多，出现时间越早，系数越大。本实施例中校正系数是2.0。
充电桩模块包括功率模块、控制单元、计量单元、计费通信单元、充电接口、本体等运行模块，评价指标包括输入电压偏差、输入电流、模块输出电压、模块输出电流偏差、模块温度、模块故障次数、整流柜温度、整流柜湿度、均流不平衡度β、使用年限、交流接触器故障次数、输出电压、输出电流、TCU故障次数、充电枪温度、充电枪故障次数、急停开关故障次数、读卡器故障次数、风扇故障次数、避雷器故障次数、门控开关故障次数。
c、恶劣工况评价是通过充电桩恶劣工况失效的恶劣工况失效指标的等级分值、失效权重和失效数量对充电桩应对恶劣工况的环境适应性进行量化评价。恶劣工况评价评分(E)通过以下公式计算：
其中Ei为恶劣工况失效指标的等级分值，δei为恶劣工况失效指标的失效权重，nei为恶劣工况失效指标的失效数量。
恶劣工况失效指标包括恶劣天气、温湿度异常、电气参数异常。失效权重为恶劣天气0.3、温湿度异常0.3、电气参数异常0.4。恶劣工况评价包括恶劣天气评价、温湿度异常评价和电气参数异常评价。恶劣天气评价是基于恶劣天气出现的次数、持续时间及恶劣天气等级分值量化评价，其中，恶劣天气等级分值分别为2、2、3、1、2，分别对应台风、暴雨、雷暴、沙暴、冰雹等恶劣天气；恶劣天气失效数量为恶劣天气的累计持续时间，以天为单位计。温湿度异常评价是基于温湿度异常出现次数、持续时间及温湿度异常等级分值进行评价，其中，温湿度异常等级分值为2分，温湿度异常失效数量是温湿度异常的累计持续时间，以天为单位计。电气参数异常评价是基于电气参数异常发生的次数和电气参数异常等级分值进行评价，其中，电气参数异常等级分值为10分，电气参数异常失效数量是异常发生的次数。
d、充电桩整机的湿热环境适应性综合评分(G)通过以下公式计算：
G＝δ1F+δ2M+δ3E
其中δi(i为1、2、3)为各个指标的权重，F为耐候性失效评价评分，M为模块运行评价评分，E为恶劣工况评价评分，当F、M、E中任一项为负值时，则该项评价评分为0。基于熵权法计算各个指标的权重，δ1、δ2、δ3分别为0.1、0.6、0.3。
统计结果显示，试验期间充电桩耐候性失效出现2处明显，6处轻微失效，综合评分96.8分；模块运行出现2次异常，分别在第347天、第355天各出现1次，校正系数为2.0，综合评分为95.8分；恶劣工况中出现台风8天，暴雨16天，温湿度异常5天，电气参数异常1次，综合评分78.6分；充电桩湿热环境适应性综合评价分数90.74分，湿热环境适应性优秀。
实施例2
一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，本实施例与实施例1不同之处在于，选用不同品牌的全新充电桩1台，其他评价方法过程同实施例1。统计结果显示，试验期间充电桩耐候性失效出现1处明显，3处轻微失效，1处功能失效，综合评分74.7分；模块运行出现4次异常，分别在第84天出现1次、第169天出现2次，第321天出现1次，校正系数为2.0，综合评分为80.4分；恶劣工况中出现台风6天，暴雨10天，温湿度异常6天，电气参数异常3次，综合评分74.8分；充电桩湿热环境适应性综合评价分数78.2分，湿热环境适应性中等。
实施例3
一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，本实施例与实施例1不同之处在于，选用不同品牌的全新充电桩1台，校正系数为2.5，其他评价方法过程同实施例1。统计结果显示，试验期间充电桩耐候性失效出现2处明显，6处轻微失效，综合评分96.8分；模块运行出现5次异常，分别在第43天、第103天，第186天，第256天各出现1次，校正系数为2.5，综合评分为55.0分；恶劣工况中出现台风8天，暴雨16天，温湿度异常6天，电气参数异常4次，综合评分66.0分；充电桩湿热环境适应性综合评价分数62.5分，湿热环境适应性合格，需提升充电桩的模块运行可靠性及恶劣工况应对能力。
实施例4
采用实施例1的方法对某充电桩整机的湿热环境适应性进行量化评价，该充电桩在我国海南省琼海市湿热环境开展试验后，各项指标评分分别为75.6(F)、45.0(M)、62.8(E)，其湿热环境适应性综合评分为50.4；经过整改后，对各项指标进行了针对性提升，再次进行试验，各项指标评分分别为100(F)、88.9(M)、78.6(E)，其湿热环境适应性综合评分为86.9，充电桩湿热环境适应性整改效果明显。
以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。
Claims (10)
1.一种用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)抽取批量生产的充电桩整机，安装于湿热环境下的自然曝露试验场中进行静态自然曝晒试验；
(2)对在静态自然曝晒试验过程中的充电桩分别进行耐候性失效评价、模块运行评价和恶劣工况评价，得到耐候性失效评价评分、模块运行评价评分和恶劣工况评价评分，结合耐候性失效评价、模块运行评价、恶劣工况评价的各自权重，计算充电桩整机的湿热环境适应性综合评分，完成对充电桩整机的湿热环境适应性评价，根据综合评分为充电桩进行改进或使用提供基础数据。
2.根据权利要求1所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，所述静态自然曝晒试验是将充电桩整机安装在试验场中通电运行，每周使用充电桩为新能源汽车充电2～3次，并检查充电桩操作功能。
3.根据权利要求2所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，耐候性失效评价是通过充电桩耐候性失效指标的等级分值、失效数量和失效权重对充电桩耐气候老化腐蚀的环境适应性进行量化评价。
4.根据权利要求3所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，模块运行评价是利用充电桩监控系统对充电桩模块运行状况进行监测，基于充电桩运行过程中模块的异常次数、时间参数及校正系数对充电桩模块运行的环境适应性进行量化评价。
5.根据权利要求4所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，恶劣工况评价是通过充电桩恶劣工况失效的恶劣工况失效指标的等级分值、失效权重和失效数量对充电桩应对恶劣工况的环境适应性进行量化评价。
6.根据权利要求1-5任一项所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，耐候性失效评价评分(F)通过以下公式计算：
其中Fi为耐候性失效指标的等级分值，δfi为耐候性失效指标的失效权重，nfi为耐候性失效指标的失效数量。
7.根据权利要求6所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，模块运行评价评分(M)通过以下公式计算：
其中B为校正系数，范围为2.0～2.5；T为试验总时间，Ti为第i次故障出现的时间，Mi为第i次故障出现的次数。
8.根据权利要求7所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，恶劣工况评价评分(E)通过以下公式计算：
其中Ei为恶劣工况失效指标的等级分值，δei为恶劣工况失效指标的失效权重，nei为恶劣工况失效指标的失效数量。
9.根据权利要求8所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，充电桩整机的湿热环境适应性综合评分(G)通过以下公式计算：
G＝δ1F+δ2M+δ3E
其中δi(i为1、2、3)为各个指标的权重，F为耐候性失效评价评分，M为模块运行评价评分，E为恶劣工况评价评分，当F、M、E中任一项为负值时，则该项评价评分为0。
10.根据权利要求9所述用于充电桩整机的湿热环境适应性量化评价方法，其特征在于，δ1、δ2、δ3分别为0.1、0.6、0.3。
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